Технологии прогрессируют так стремительно и за последние несколько лет было опубликовано столько биомедицинских достижений, что, наверное, было бы уместно формировать рейтинг топ-100 или, как минимум, «10 лучших» открытий в медицине. Тем не менее, общепризнанными вехами стали три из них.
Эксперты выделили несколько областей, которые стремительно развиваются, привлекают к себе внимание инвесторов и скрывают мощный преобразующий потенциал. Эти три области, на которые делают ставку ученые и бизнесмены – редактирование генома, искусственный интеллект и… исследования по микробиому кишечника.
Редактирование генома
В фокусе, конечно, CRISPR/Cas9 – нашумевшая технология редактирования генома, которая вывела возможности генной инженерии на принципиально новый уровень. CRISPR / Cas9 – точный и дешевый инструмент, действие которого базируется на известном принципе комплементарного узнавания нуклеиновых кислот – А-У, Г-Ц.
В основе этой технологии – короткие палиндромные кластерные повторы ДНК, они же CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Между идентичными повторами располагаются нетранскрибируюющиеся фрагменты ДНК – спейсеры, которые при необходимости вмешательства идентифицируются специфическими Cas-белковыми последовательностями РНК (CRISPR-associated sequence).
В технологии CRISPR Cas9 служит своеобразным молекулярным скальпелем, который при необходимости проведения генной терапии вырезает мутантную часть нити ДНК. К целевому участку нити ДНК Cas9 направляет соответствующая ее последовательность РНК, так называемый гид. Это ювелирно точная резекция – Cas9 способна вырезать участки генетического кода длиной всего в 20-30 нуклеотидов. Последовательности такой длины встречаются в геноме человека один раз, что позволяет обеспечить специфичность лечения.
Гибель клетки в результате разрыва в ДНК исключена, поскольку запускается естественный процесс репарации, причем восстановление копируется по примеру парной здоровой хромосомы. Если парной хромосомы нет (например, как в случае гемофилии), возможно внедрить в клетку участок «правильного» гена одновременно с Cas9 и РНК-«гидом», а затем уж использовать его в качестве матрицы для репарации внесенного разрыва.
С помощью CRISPR/Cas9 можно отредактировать сразу несколько мутантных генов. Для этого достаточно ввести белок Cas9 и несколько разных РНК-«гидов», каждый из которых направит Cas9 к специфической мишени.
CRISPR/Cas9 – не единственная технология редактирования генома. Параллельно с ней развивались и другие инструменты генной инженерии, такие как эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции (TALENs) и нуклеазы домена «цинковый палец». Это ферменты, сконструированные при помощи генной инженерии – они натренированы «выкусывать» части ДНК в заданном месте. Правда, такие методики не столь доступны, как CRISPR, поскольку для каждой последовательности нуклеотидов необходимо создавать отдельный протеин, что недешево. (Для редактирования же генома с помощью системы CRISPR/Cas9 используется единственный белок, а РНК-«гид» можно быстро сконструировать в мало-мальски прилично оснащенной лаборатории или же купить). Поэтому такие инструменты не столь распространены и известны, как CRISPR, хотя в их развитии также достигнут устойчивый прогресс.
Достижения в области редактирования генома позволили запустить многочисленные клинические испытания, где тестируются методы лечения редких заболеваний, таких как гемофилия, бета-талассемия, синдромы Хантера и Херлера, а также лизосомные нарушения. Как правило, такие проекты проводятся совместно – фармгигант финансируют «мозговой центр», сконструировавший вектор. Наиболее успешные компании, специализирующиеся на разработке инструментов генной терапии: Editas Medicine (Кембридж, США), CRISPR Therapeutics (Швейцария), Intellia Therapeutics (США) и Caribou Biosciences (США) – все они занимаются редактированием генома соматических клеток.
Искусственный интеллект
Влияние искусственного интеллекта (ИИ) на здравоохранение растет, причем даже не в кабинетах чиновников или практикующих врачей, но и в быту самих пациентов. И пока что все выглядит так, что ни один врач не лишится заработка из-за ИИ – он просто будет избавлен от ненужной работы.
В декабре Apple выпустила свое приложение ЭКГ для Apple Watch Series 4 для измерения сердечного ритма, которое может помочь в определении фибрилляции предсердий. Это первый алгоритм глубокого обучения (подтип искусственного интеллекта), одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA).
Частота сердечных сокращений пользователя отслеживается в состоянии покоя и физической активности, а в случае отклонения от ожидаемой модели конкретного человека, в руку подается тактильный сигнал тревоги.
Бесспорно, это приложение полезно для людей с повышенным риском фибрилляции предсердий, но основная проблема заключается в ошибочных предупреждениях большому количеству пользователей, что порождает всплеск ненужных обращений к врачу по поводу предполагаемой сердечной аритмии и даже случаи опасного самолечения антикоагулянтами. По этой причине Apple Watch вряд ли можно отнести к медтехнике, но этот пример – только начало.
Что касается врачей, то для них разработана (также первая одобренная FDA) система ИИ для диагностики диабетической ретинопатии под названием IDx-DR. Система умеет обрабатывать и анализировать снимки глазного дна с чувствительностью и специфичностью около 90%. Снимки, сделанные в высоком разрешении при помощи специальной камеры, загружаются на «облако», а затем обрабатываются программой, использующей алгоритм искусственного интеллекта. Необходимости обращаться к офтальмологу для интерпретации результатов нет – эту процедуру может выполнить семейный врач, у которого наблюдается пациент с диабетом. Мало того, благодаря IDx-DR, проверку зрения сможет выполнять не только практикующий врач, но и простой медработник или администратор в клинике – работа с системой не требует длительного обучения или поддержки со стороны технического персонала. Фактически искусственный интеллект работает как офтальмолог на аутсорсе: изучает снимок глазного дна и выносит заключение.
Аналогичным образом действуют разнообразные системы для ранней диагностики меланомы (отдельно для пациентов и врачей), которые начали разрабатываться еще с 2014 года, но изначально показали недостаточную специфичность и чувствительность. Сегодня ИИ значительно окреп, так что многие дерматологи уже пользуются такими наработками.
Другие области, которым уделяется особое внимание – кардиология (интерпретации эхокардиограмм и ЭКГ) и гастроэнтерология (анализ результатов колоноскопии для выявления мелких полипов).
Следует отметить, что большинство исследований применения искусственного интеллекта в медицине были ретроспективными, но, тем не менее, привели ко многим положительным решениям FDA, особенно в сфере интерпретации радиологических изображений.
Кишечная микрофлора
За последнее время было выявлено множество ассоциаций между «демографией» кишечной микрофлоры и самыми различными заболеваниями, причем результаты таких исследований порой просто поражают воображение. Так, разные пропорции дружественных и не очень бактерий связывали и с развитием аутоиммунных патологий, и с онкологическими диагнозами, и с нейродегенеративными расстройствами.
Однако причинно-следственные связи таких ассоциаций установлены не очень хорошо, равно как и способность современной медицины модулировать микробиом для достижения заданных \ положительных результатов. Тем не менее, определенный прогресс отмечается в сфере применения фекальных трансплантатов для борьбы с Clostridium difficile: они продемонстрировали высокую эффективность в рандомизированных исследованиях, поэтому многие компании охотно инвестируют средства в развитие этого направления.
Кроме того, стоит упомянуть пару удивительных открытий в этой «извилистой» области. Например, обнаружилось, что госпитальные инфекции были связаны вовсе не с недостаточно частым мытьем рук персоналом или передачей от других пациентов – источник многих госпитальных инфекций находится… внутри пациента, в его кишечной микрофлоре.
Результаты другого исследования куда меньше походят на открытие: выяснилось, что пробиотики, назначаемые после антибиотикотерапии, на самом деле вовсе не приносят пользы, а иногда даже ухудшают восстановление.
Наконец, было показано, что фармакодинамика препарата №1 для лечения сахарного диабета 2 типа – метформина – значительно опосредована через взаимодействие с микрофлорой кишечника.
В общем, ясно одно: в новых захватывающих научных перспективах недостатка нет, и нам еще много чего предстоит узнать.
Джерело: Medscape
